O TEMPO DE REVERBERAÇÃO E A INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA

Transcrição

1 O TEMPO DE REVERBERAÇÃO E A INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA Caso de Estudo: Salas de aula da FEUP CARLOS MIGUEL FERREIRA E SILVA Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES Orientador: Professor Doutor António Pedro Oliveira de Carvalho JULHO DE 2013

2 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2012/2013 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel Fax Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias PORTO Portugal Tel Fax Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil / Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor.

3 A meus Pais, Irmão e Família Não encontre defeitos, encontre soluções. Qualquer um sabe queixar-se. Henry Ford

4

5 AGRADECIMENTOS Ao concluir este trabalho desejo mostrar toda a minha gratidão a todos aqueles que tornaram possível a sua realização, salientando um especial apreço: Ao Professor Doutor António Pedro Oliveira de Carvalho pela paciência, a orientação, a ajuda e os conselhos prestados sempre que necessário. Ao Engenheiro António Eduardo Batista da Costa pela amizade, e principalmente pelo apoio prestado durante as medições do caso de estudo e conselhos fornecidos. Aos Engenheiros Hélder José Silveira Gonçalves e Luísa Maia Mota Garcia pelo fornecimento de orientações para possíveis materiais a utilizar para a correção acústica utilizada. Aos Engenheiros Alexandre Eitner e Alberto Aragão, da empresa S.T.I.E.R. Lda pelo rápido fornecimento das características e preços dos vários materiais aqui apresentados. Não podia também deixar de agradecer aos meus pais por tornarem possível a realização deste curso e por me apoiarem incondicionalmente em todos os momentos. E finalmente aos meus amigos pelo companheirismo, amizade, paciência e apoio. i

6 ii

7 RESUMO O presente trabalho destina-se a estudar o efeito do tempo de reverberação na inteligibilidade da palavra em salas de aula. A importância da existência de boas condições acústicas em salas de aula tem sido alvo de vários estudos ao longo dos anos. São aqui expressos alguns dos problemas que existem devido à falta de condições acústicas adequadas para o ensino. A forma de avaliar e caracterizar as condições acústicas de salas de aula relativamente à inteligibilidade da palavra assenta sobre a medição de vários parâmetros acústicos, sendo os de maior importância para o caso em estudo: o Tempo de Reverberação e o Rapid Speech Transmission Índex, que são aqui apresentados. Uma das principais causas de fracas condições acústicas em salas de aula é a existência de valores de tempos de reverberação inadequados, prejudicando bastante a inteligibilidade da palavra. Desta forma, será esta a característica mais evidenciada na influência da inteligibilidade da palavra. Com este estudo e a análise de estudos realizados por outros autores, valores ideais dos tempos de reverberação são apresentados e comparados com diversos valores legislativos nacionais e internacionais atualmente em vigor. A Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto foi alvo de estudo, sendo analisada as condições acústicas das suas salas de aulas e comparados os resultados obtidos com os valores de referência ideais apresentados e legislativos diversos. Com a realização deste trabalho, possíveis regras de projeto são expostas, por forma a garantir ou melhorar as condições acústicas em salas de aulas relativamente à inteligibilidade da palavra, tornando possível às palavras aí proferidas serem compreendidas com clareza por parte de todos os ouvintes. Todo este trabalho poderá ser utilizado como base mínima para os profissionais responsáveis pelo aspeto interior de salas (tais como arquitetos, designers de interiores, etc.). Estes profissionais tendem a optar por criar salas agradáveis ao olhar mas menos agradáveis para o ouvido. Desta forma, estes profissionais terão, à partida, algumas guias para a criação de salas visualmente e auditivamente satisfatórias. Sendo no entanto indispensável a presença de um profissional de acústica para uma análise mais detalhada de cada. PALAVRAS-CHAVE: Acústica, Inteligibilidade de palavra, Tempo de reverberação, RASTI, Salas de aulas. iii

8 iv

9 ABSTRACT The present work aims to study the effect of reverberation time in speech intelligibility in classrooms. The importance of good acoustical conditions in classrooms has been the subject of several studies over the years. Expressed here are some of the problems that exist due to lack of adequate acoustic conditions for teaching. The way to evaluate and characterize the acoustic conditions in classrooms regarding speech intelligibility is based on the measurement of various acoustic parameters, being the most important: "Reverberation Time" and "Rapid Speech Transmission Index "which are presented here. One of the main causes of poor acoustic conditions in classrooms is the existence of inadequate values of reverberation time, undermining speech intelligibility. Thus, this feature is more evident in the influence of speech intelligibility. Using this study and analysis of studies by other authors, optimal values of reverberation times are presented and compared with several national and international legislative values. The Faculty of Engineering, University of Porto was the target of study, analyzed the acoustic conditions of its classrooms and the results are compared with optimal reference values and legislative limits. Possible design rules are exposed, in order to ensure or improve the acoustic conditions in classrooms on speech intelligibility, making it possible to the words to be clearly understood by all listeners. This work can be used as a minimum basis for professionals responsible for the interior appearance of the rooms (such as architects, interior designers, etc.). These professionals tend to choose to create rooms pleasant to look at but less pleasing to the ear. Thus, these professionals can have, some guides for creating rooms visually and aurally satisfying. It is however indispensable the presence of an acoustics professional for a more detailed analysis of each case. KEYWORDS: Acoustics, Speech intelligibility, Reverberation time, RASTI, Classrooms. v

10 vi

11 ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS... I RESUMO... III ABSTRACT... V ÍNDICE GERAL... VII ÍNDICE DE FIGURAS... XI ÍNDICE DE QUADROS... XIII SÍMBOLOS, ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS... XVII INTRODUÇÃO ENQUADRAMENTO GERAL E OBJETIVOS ESTRUTURA DA TESE CONCEITOS ACÚSTICOS CONCEITOS BÁSICOS SOM / RUÍDO INTENSIDADE SONORA NÍVEL DE PRESSÃO SONORA FREQUÊNCIA SONORA ABSORÇÃO SONORA CONCEITO MATERIAIS ABSORVENTES Tipos de materiais absorventes Materiais porosos e fibrosos Ressoadores Membranas Absorção do ar TEMPO DE REVERBERAÇÃO CONCEITO FÓRMULA DE SABINE FÓRMULA DE EYRING FÓRMULA DE MILLINGTON-SETTE OUTRAS FÓRMULAS INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA vii

12 CONCEITOS PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO Índice de articulação (AI) Speech intelligibility index (SII) Speech interference level (SIL) Rapid speech transmission índex (RASTI) NECESSIDADE DE BOAS CONDIÇÕES ACÚSTICAS NAS ESCOLAS IMPORTÂNCIA GERAL IMPORTÂNCIA PARA O ALUNO IMPORTÂNCIA PARA O PROFESSOR RELAÇÃO ENTRE TEMPO DE REVERBERAÇÃO E INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA VALORES DE REFERÊNCIA LEGISLAÇÃO PORTUGAL OUTROS PAÍSES VALORES IDEAIS CASO DE ESTUDO CARACTERIZAÇÃO DOS LOCAIS METODOLOGIA PARÂMETROS ACÚSTICOS MEDIDOS METODOLOGIA DO TRABALHO RESULTADOS SALA B SALA B SALA B SALA B SALA B SALA B viii

13 SALA B SALA B ANÁLISE GLOBAL ANÁLISE DOS RESULTADOS SUGESTÃO DE MELHORIA METODOLOGIA DA PROPOSTA DE MELHORIA MATERIAIS PROPOSTOS ANÁLISE DAS SOLUÇÕES PROPOSTAS SALA B SALA B SALA B SALA B SALA B SALA B SALA B RESUMO DAS SOLUÇÕES PROPOSTAS REGRAS DE PROJETO GENERALIDADES MÉTODO A UTILIZAR MÉTODO SIMPLIFICADO / REGRAS BÁSICAS CONCLUSÃO CONCLUSÕES GERAIS DESENVOLVIMENTOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ix

14 x

15 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Esquema tridimensional da propagação de uma onda Figura 2.2 Amplitude da onda sonora [3] Figura 2.3 Esquema do RMS [6] Figura 2.4 Onda sonora pura (cima) e onda sonora composta (baixo) [7] Figura 2.5 Gama de frequência ouvida por vários animais [9] Figura 2.6 Espectrograma realizado com programa DSSF3 [10] Figura 2.7 Curvas de igual sensibilidade auditiva segundo ISO 226 [11] Figura 2.8 Curvas de ponderação (filtros) [12] Figura 2.9 Formas de energia sonora [12] Figura 2.10 Comportamento em frequência dos três tipos de materiais absorventes [adaptada de [1]] Figura 2.11 Materiais porosos e fibrosos Figura 2.12 Ressoador Agrupado. Placa perfurada em teto suspenso [15] Figura 2.13 Membrana ressonante [16] Figura 2.14 Ondas e reflexões numa sala [adaptado de [17]] Figura 2.15 Decaimento do tempo de reverberação [18] Figura 2.16 Espectrograma da palavra sábado realizado com programa DSSF3 [10] Figura 2.17 Emissão da voz no plano horizontal (A) e vertical (B) para as baixas e médias frequências [21] Figura 2.18 Tabela para cálculo de SII pelo método de 1/3 de oitava [23] Figura 2.19 Tabela para cálculo de SII pelo método de 1/1 de oitava [23] Figura 2.20 Valores de SIL (db) para o qual a comunicação é no limite possível para quatro níveis de esforço de voz [Adaptado de [1]] Figura 2.21 Transmissor RASTI Brüel & Kjær 4225 [Fotografia do autor] Figura 2.22 Recetor RASTI Brüel & Kjær 4419 [Fotografia do Autor] Figura 4.1 Efeito do tempo de reverberação na palavra back [18] Figura 4.2 Valores de STI em função do TR para uma sala de aula com 300 m 3 [32] Figura 4.3 Exemplo de salas de aula temporárias referentes à norma ANSI/ASA S /Part 2 [36] Figura 6.1 Planta da FEUP na data da sua construção [51] Figura 6.2 Sonómetro Brüel & Kjær 2260 [Fotografia do autor] Figura 6.3 Emissor Brüel & Kjær 4224 [Fotografia do autor] xi

16 Figura 6.4 Posicionamento dos aparelhos para medição do TR, sendo F a posição do emissor e os números de 1 a 3 as várias posições do sonómetro Figura 6.5 Posicionamento tipo dos aparelhos para medição do RASTI, sendo F a posição do emissor e os números de 1 a 6 as várias posições do recetor Figura 6.6 Resumo do TR médio (500 a 2k Hz) das oito salas medidas Figura 6.7 Resumo do RASTI médio das oito salas medidas Figura 8.1 Área de material absorvente mínimo necessário a colocar no teto em função do volume da sala e do coeficiente de absorção do material absorvente para obter TR = 0,7 s Figura 8.2 Área de material absorvente mínimo necessário a colocar no teto em função do volume da sala e do coeficiente de absorção do material absorvente para obter TR = 0,5 s Figura 8.3 Coeficientes de absorção mínimos a utilizar dependendo da área de material absorvente a aplicar e do volume para obter um TR = 0,7 s Figura 8.4 Coeficientes de absorção mínimos a utilizar dependendo da área de material absorvente a aplicar e do volume para obter um TR = 0,5 s xii

17 ÍNDICE DE QUADROS Quadro 2.1 Velocidade de propagação do som em diversos materiais [2] Quadro 2.2 Exemplos de pressões, intensidades e níveis de pressão sonora [5] Quadro 2.3 Absorção sonora do ar (m -1 ) [1] Quadro 2.4 Exemplos de valores de γ 2 [1] Quadro 2.5 Variabilidade da emissão da voz entre vogais e consoantes [1] Quadro 2.6 Nível de conversação por frequência [22] Quadro 2.7 Fatores de ponderação por frequência [22] Quadro 2.8 Exemplo de quadro para obtenção do parâmetro AI [1] Quadro 2.9 Perceção subjetiva para a inteligibilidade e privacidade da palavra de acordo com o parâmetro AI [1] Quadro 2.10 Perceção subjetiva para a inteligibilidade da palavra de acordo com o parâmetro SII [23] Quadro 2.11 Valores de SIL (db) para o qual a comunicação é no limite possível, sendo M Masculino e F Feminino [1] Quadro 2.12 Classificação RASTI [24] Quadro 4.1 Tempos de reverberação ótimos em função do volume [Adaptado de [31]] Quadro 4.2 Tempos de reverberação satisfatórios para o pior caso possível de r s [adaptado de [31]] Quadro 4.3 TR ótimo segundo Bistafa e Bradley [adaptado de [32]] Quadro 4.4 TR para o qual a inteligibilidade é de 100% [adaptado de [32]] Quadro 4.5 Resumo do TR máximos recomendáveis segundo vários autores Quadro 5.1 Valores limite mínimos de D nt,w, entre locais do edifício, segundo o RRAE [44] Quadro 5.2 Tempo de reverberação, segundo o RRAE [44] Quadro 5.3 Níveis de L Ar,nT limite, segundo o RRAE [44] Quadro 5.4 Tempo de reverberação, segundo legislação espanhola DB-HR [45] Quadro 5.5 Tempo de reverberação, segundo decreto francês de 25 de Abril de 2003 [46] Quadro 5.6 Tempo de reverberação, segundo norma sueca SS [adaptado de [47]] Quadro 5.7 Tempo de reverberação, segundo norma inglesa BB 93 [adaptado de [48]] Quadro 5.8 Tempo de reverberação máximos nas frequências médias de 125 Hz a 2 khz, segundo norma norueguesa antiga e nova [adaptado de [49] e [50]] Quadro 5.9 Resumo de limites legislativos e normas de vários países Quadro 6.1 Descrição das várias salas em estudo na FEUP Quadro 6.2 Resultados do tempo de reverberação para a sala B xiii

18 Quadro 6.3 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.4 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.5 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.6 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.7 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.8 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.9 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.10 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.11 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.12 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.13 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.14 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.15 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.16 Resultados do tempo de reverberação para a sala B Quadro 6.17 Resultados do RASTI para a sala B Quadro 6.18 Classificação subjetiva da inteligibilidade da palavra para as várias salas em estudo. 67 Quadro 6.19 Relação entre TR médio obtido para frequências de 500, 1000 e 2000 Hz e os valores de RASTI Quadro 6.20 Relação entre TR médio nas frequências de 500, 1000 e 2000 Hz e os volumes das salas Quadro 6.21 Relação entre RASTI médio e os respetivos volumes Quadro 6.22 Resumo das equações encontradas Quadro 6.23 Comparação entre sala acusticamente tratada (B 032) e sala sem tratamento (B 023) com idêntico volume Quadro 6.24 Avaliação do TR das salas da FEUP com diversas legislações Quadro 7.1 Resumo dos materiais propostos e respetivos preços [56] Quadro 7.2 Áreas de material necessário aplicar na sala B 002 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.3 Áreas de material necessário aplicar na sala B 002 e respetivo custo aproximado Quadro 7.4 Áreas de material necessário aplicar na sala B 018 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.5 Áreas de material necessário aplicar na sala B 018 e respetivo custo aproximado Quadro 7.6 Áreas de material necessário aplicar na sala B 023 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.7 Áreas de material necessário aplicar na sala B 023 e respetivo custo aproximado Quadro 7.8 Áreas de material necessário aplicar na sala B 027 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.9 Áreas de material necessário aplicar na sala B 027 e respetivo custo aproximado xiv

19 Quadro 7.10 Áreas de material necessário aplicar na sala B 221 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.11 Áreas de material necessário aplicar na sala B 221 e respetivo custo aproximado Quadro 7.12 Áreas de material necessário aplicar na sala B 333 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.13 Áreas de material necessário aplicar na sala B 333 e respetivo custo aproximado Quadro 7.14 Áreas de material necessário aplicar na sala B 334 para produzir um TR de 0,7 s Quadro 7.15 Áreas de material necessário aplicar na sala B 334 e respetivo custo aproximado Quadro 7.16 Resumo de material necessário para corrigir acusticamente todo o bloco B e respetivo custo aproximado Quadro 8.1 Valores de referência de coeficientes de absorção sonora de alguns materiais [adaptado de [57]] xv

20 xvi

21 SÍMBOLOS, ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS α Coeficiente de absorção sonora Coeficiente de absorção sonora médio ρ Massa volúmica do material [kg/m 3 ] θ Temperatura do ar [ C] C Grau celsius (unidade de medida) A Absorção sonora do material [m 2 ] AI Índice de articulação ATL Atividades de Tempos Livres AVAC Aquecimento, ventilação e ar condicionado c Celeridade [m/s] d Largura da caixa-de-ar [cm] D Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea [db] db Decibel (unidade de medida) e Espessura da placa perfurada [cm] f 0 Frequência da banda [Hz] f 1 Limite inferior da banda f 0 [Hz] f 2 Limite superior da banda f 0 [Hz] FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto HR Humidade relativa Hz Hertz (unidade de medida) I Intensidade sonora [W/m 2 ] l Comprimento do gargalo [m] L Nível de pressão sonora [db] Comprimento do compartimento [m] L Isolamento sonoro a ruídos de percussão [db] Lp Nível de pressão sonora [db] m Coeficiente de absorção sonora do ar [m -1 ] Índice de modelação m 3 Metro cúbico (unidade de medida) ms Milésimos de segundo (unidade de medida) MTF Modulation Transfer Function xvii

22 nc Nível de conversação p Pressão sonora [Pa] Variação de pressão P Percentagem de área perfurada [%] p 0 Pressão sonora de referência [2x10-5 Pa] Pa Pascal (unidade de medida) r Distância à fonte [m] Raio do orifício [m] Raio de cada furação RASTI Rapid Speech Transmission Index RF Ruído de fundo RMS Root Mean Square RRAE Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios s Segundos (unidade de medida) S Área da superfície do material em contacto com o ar [m 2 ] Área do orifício [m 2 ] SII Speech intelligibility index SIL Speech Interference Level STI Speech Transmission Index TR Tempo de reverberação [s] TR 20 Tempo de reverberação determinado por um decaimento de 20 db [s] TR 30 Tempo de reverberação determinado por um decaimento de 30 db [s] TR 60 Tempo de reverberação determinado por um decaimento de 60 db [s] V Volume da cavidade [m 3 ] Volume do espaço [m 3 ] W Potência sonora [W] xviii

23

24

25 1 1. INTRODUÇÃO 1.1. ENQUADRAMENTO GERAL E OBJETIVOS Ao longo do quotidiano, todos os seres humanos estão constantemente e até sem que se apercebam a receber elevadas quantidades de ruído. Todos estes ruídos podem causar vários problemas de saúde quando expostos a eles durante demasiado tempo ou de intensidade elevada. A Acústica é a ciência que estuda todos estes ruídos, e é com recurso a esta ciência que este trabalho foi elaborado. Nas escolas, existe constantemente ruídos de crianças a gritar, bolas a bater, conversas nos corredores, ruído das instalações de AVAC, entre muitos outros em função da idade dos alunos. Mas, uma sala de aula é um local onde todos os alunos deveriam ter condições acústicas especiais, ou seja, deveria ser um local sossegado onde os estudantes poderiam aprender sem a presença de ruídos perturbadores. No entanto, não são apenas os ruídos provenientes do exterior que afetam a qualidade acústica de uma sala de aula. O aspeto acusticamente mais importante é a inteligibilidade da palavra, ou seja, a qualidade das palavras ouvidas que pode ser afetada pelos ruídos exteriores ou interiores e por condições desadequadas da sala. A aprendizagem é claramente um dos momentos mais importantes das vidas humanas, e nas escolas esta aprendizagem baseia-se no passar de informação do docente para o aluno. Hoje em dia, esta informação ainda é enviada oralmente o que provoca erros quando a informação não é recebida na sua melhor qualidade. Mas porque é que a informação não chega sempre aos alunos sem erros? O principal problema das informações chegarem com erros é as fracas condições acústicas da sala, o que faz com que os alunos não percebam a totalidade das palavras. E quando tal acontece, o aluno pode ficar com uma ideia completamente errada da informação, podendo ficar seriamente comprometido o seu sucesso escolar. Desta forma torna-se imprescindível que as salas tenham qualidades acústicas adequadas para o ensino. Escolas de música apresentam já vários cuidados acústicos. Algumas escolas até já possuem salas acusticamente tratadas exclusivamente para alunos com capacidades auditivas abaixo do normal, mas é necessário existir condições acústicas em todas as salas. O tempo de reverberação é uma das mais importantes características acústicas das salas de aulas, pois influencia bastante na inteligibilidade da palavra e é sobre este assunto que se prende este trabalho. Vários estudos foram realizados em relação a este problema e já vários países, tais como a Bélgica, França, Suécia, Suíça, Reino Unido, Portugal, entre outros, apresentam legislação com valores de referência para tempos de reverberação a utilizar em salas de aulas. 1

26 Com este trabalho pretende-se analisar esta problemática do tempo de reverberação a utilizar em salas de aulas e comparar com diversas legislações atualmente em vigor, sendo desta forma possível indicar possíveis regras de projeto a seguir ESTRUTURA DA TESE Este trabalho divide-se em nove capítulos distintos, sendo eles: o Capítulo 1 referente a uma pequena introdução; no Capítulo 2 são descritos vários conceitos acústicos para melhor compreensão do tema; no Capítulo 3 apresenta-se breves razões para que sejam implementadas boas condições acústicas nas escolas; no Capítulo 4 pretende-se relacionar o tempo de reverberação com a inteligibilidade da palavra, sendo aqui apresentada a sua influência; no Capítulo 5 são indicados os valores ideais a utilizar e comparado com valores legislativos nacionais e internacionais; no Capítulo 6 é apresentado o caso de estudo, ou seja, os procedimentos, as medições realizadas e os resultados obtidos; no Capítulo 7 são apresentadas soluções de melhoria ao caso de estudo realizado; no Capítulo 8 indicam-se possíveis regras de projeto a utilizar por forma a garantir bons tempos de reverberação; no Capítulo 9 apresenta-se uma conclusão do trabalho e pistas para possíveis desenvolvimentos futuros. 2

27 2 2. CONCEITOS ACÚSTICOS 2.1. CONCEITOS BÁSICOS SOM / RUÍDO O ser humano sabe o que é um Som ou Ruído. Mas o que é isso cientificamente? O som ou ruído não é mais do que uma ligeira variação de pressão no ar captada por um sistema auditivo. Uma variação de pressão no ar só pode ser considerado um som ou ruído se existir nessa altura algum ser vivo, com um sistema auditivo, capaz de a perceber. A diferença entre som e ruído é bastante simples. Som é uma variação de pressão agradável ou com significado para o ouvinte, captada pelo sistema auditivo, algo que é suposto ser ouvido, como por exemplo a campainha de casa, o telemóvel a tocar, o familiar a chamar. Um ruído é também uma variação de pressão captada pelo sistema auditivo mas desagradável ou inútil para o ouvinte, como por exemplo a campainha do vizinho a tocar, o toque do telemóvel de um colega numa sala de aula, um carro a passar na rua. Desta forma compreende-se que uma pequena variação de pressão pode ser algo positivo para determinadas pessoas (som), mas ao mesmo tempo algo negativo para muitas outras (ruído). O som propaga-se como uma onda longitudinal em relação a um centro esférico do ponto onde se deu a variação de pressão inicial (Figura 2.1) [1]. Esta propagação existe em meios sólidos, líquidos ou gasosos e é normalmente analisado por oscilogramas ou espectrogramas. O som é principalmente caracterizado pelo seu nível de pressão sonora e pela frequência. O nível de pressão sonora caracteriza se o som ouvido é mais ou menos intenso e é medido em decibel (db). A frequência define se o som é mais grave ou mais agudo e é medido em hertz (Hz), sendo os valores baixos correspondentes a sons graves e os valores elevados a sons agudos. 3

28 O Tempo de Reverberação e a Inteligibilidade da Palavra Caso de estudo: salas de aula da FEUP Figura Esquema tridimensional da propagação de uma onda onda INTENSIDADE SONORA A pressão atmosférica na terra tem um valor aproximado de Pa, ou seja cerca de 105 Pa [1] [1].. É a variação deste valor que interessa medir por forma a se poder calcular o seu nível de pressão sonora sonora. A intensidade sonora (I) representa a quantidade média de energia que atravessa normalmente um plano de um metro quadrado por cada segundo e expressa expressa-se se em W/m2. O seu valor aumenta quanto maior for a variação de pressão e diminui com a distâ distância ncia à fonte: (2.1) Sendo: I Intensidade sonora (W/m2); p Pressão sonora (Pa); ρ Massa volúmica do material (ar) 1,2 kg/m3; c Celeridade (m/s); (m/s) W r Potê Potência ncia sonora (W) (W);; Distância à fonte (m) (m). A potência sonora (W) caracteriza a fonte e é a quantidade total de energia que atravessa uma esfera fictícia de raio qualquer por cada segundo. 4

29 A celeridade é a velocidade de propagação da variação de pressão sonora. A velocidade de propagação no ar varia com a temperatura e pode ser matematicamente calculada pela seguinte expressão: Sendo: θ Temperatura do ar ( C). 20,045273,15+ (2.2) A celeridade noutros materiais é normalmente mais alta, quanto mais denso o material em questão maior a velocidade de propagação das ondas sonoras (Quadro 2.1). Quadro 2.1 Velocidade de propagação do som em diversos materiais [2]. Meio de propagação das ondas sonoras Velocidade (m/s) Dióxido de carbono (0 C) 258 Oxigénio 317 Ar (20 C) 343 Hélio (20 C) 927 Álcool etílico 1180 Chumbo 1200 Hidrogénio (0 C) 1270 Mercúrio 1450 Água (20 C) 1480 Borracha 1500 Água do mar 1522 Latão 3500 Cobre 3900 Alumínio 4420 Betão 5000 Aço 6000 A intensidade sonora está diretamente relacionada com a variação de pressão sonora e com a amplitude da onda (Figura 2.2). Quanto maior a variação de amplitude da onda sonora maior a variação de pressão sonora e consequentemente maior a intensidade sonora. 5

30 O Tempo de Reverberação e a Inteligibilidade da Palavra Caso de estudo: salas de aulaa da FEUP Figu ura 2.2 Amplitude da onda sonora [3] NÍVEL DE PRESSÃO SONORA A variação de pressão mínima que um ser humano conseguee detetar é apro oximadamente cerca de 0,0001 Pa, ou seja 10-5 Pa (limiar da audição). Já o valor máximo é considerado a partir do qua al o ruído passa a dor (limiar da dor) correspondendo a uma variação de pressão de 100 Pa. Logo a audição humana compreende-se em variações de pres ssão por volta dos 10 7 Pa [1]. Não send do nada prát tico a ava aliação do volume de um dado ruíd do em escalaa linear e sabendo que o ouvido responde a estess estímulos de forma quase logarítmica, torn nou-se necessário cria ar o conceito de nível. O nível de pressão sonora é o resultado da variação de pressão sonora ouvida em relação ao valor mínimo que pode ser ouvido (equação 2.3) [4], sendo o resultado expresso em decibel, em homenagem a Alex xander Graham Bell, historicamentee conhecido comoo o pretenso inv ventor do telefone. 20log! (2.3) Sendo: Lp Nível de pressão sonora (db); p Var riação da pre essão; p 0 Pressão sonora de referência (= 2x10-5 Pa). Logo, se existir uma variação de pressão de 2x10-5 Pa, ter-se-á nega ativos, mas apenas se conclui que o um nível de pressão sonora de 0 db (Quadro 2.2). É de notar que é possível obter-se resultados ouvido humano é incapaz de o detetar. 6

31 Quadro 2.2 Exemplos de pressões, intensidades e níveis de pressão sonora [5]. Exemplos Distância da fonte r (m) Nível de pressão sonora L (db) Pressão sonora p (Pa) Intensidade sonora I (W/m 2 ) Avião a jato Limite do pânico Limite do desconforto Serra elétrica , Discoteca Camião diesel , Rua movimentada , Aspirador , Voz em conversa normal , Casa comum , Biblioteca silenciosa , Quarto silencioso à noite Estúdio de TV em silêncio Som das folhas ao vento , , , Limiar da audição , No ambiente existem várias fontes de pressão sonoras e todas elas em conjunto traduzem o nível de pressão sonora global do local. A adição de vários níveis faz-se da seguinte forma:. "#$% =10&'() 10 +, - /01 2 (2.4) Aparelhos como sonómetros medem a pressão sonora eficaz ou RMS (root mean square) (Figura 2.3), que se resume a uma média quadrática dos valores das pressões mediadas durante a medição :;<: (2.5)

32 Figura 2.3 Esquema do RMS [6] FREQUÊNCIA SONORA A frequência é outra característica bastante importante para caracterizar um som. A frequência está relacionada com o número de ciclos da onda sonora que se repete durante um segundo e expressa-se o seu resultado em hertz (Hz). É muito difícil criar um som puro, cuja onda é longitudinalmente contínua composto por uma única frequência, sendo quase todos os sons que se ouvem compostos por várias frequências a atuar em simultâneo (Figura 2.4) [7]. Figura 2.4 Onda sonora pura (cima) e onda sonora composta (baixo) [7]. 8

33 Os seres humanos jovens e de audição normal conseguem ouvir sons de frequências entre os 20 Hz e os Hz. Ao longo do tempo esta capacidade vai-se perdendo ficando a gama audível menor, sendo a perda maior verificada nas altas frequências [1]. Qualquer som de frequências abaixo dos 20 Hz é denominado de infrassom e o ser humano não consegue ouvir, no entanto é utilizado por exemplo para detetar sismos ou erupções volcânicas. Som com frequência acima dos Hz é denominado de ultrassom e também não é audível pelo ser humano, sendo frequentemente utilizado na medicina como por exemplo para a realização de ecografias. Vários animais são capazes de ouvir infrassons e/ou ultrassons (Figura 2.5) [8]. Figura 2.5 Gama de frequência ouvida por vários animais [9]. Como a análise de centenas ou mesmo milhares de frequências seria muito trabalhosa, foi necessário agrupar-se as frequências por bandas com dimensões normalizadas, sendo o limite inferior (f 1 ) e superior (f 2 ) de cada banda possível de calcular: Sendo: f 0 Frequência central da banda (Hz); f 1 Limite inferior da banda f 0 (Hz); f 2 Limite superior da banda f 0 (Hz); = 1 == > 2 7?/5 = 5 = > 2?/5 (2.6) K Constante (=1 para bandas de 1/1 oitava e =1/3 para bandas de 1/3 de oitava). 9

34 Os valores das bandas de 1/1 oitava que estão normalizados para o domínio do audível são: 16, 31, 63, 125, 250, 500, 1k, 2k, 4k, 8k e 16k Hz. Já as bandas em frequências de 1/3 de oitava são: 13, 16, 20, 25, 31, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1k, 1.250, 1.600, 2k, 2.500, 3.150, 4k, 5k, 6.300, 8k, 10k, , 16k e 20k Hz [1]. A forma mais simples de analisar um ruído é pelo seu espectrograma (Figura 2.6). Nele é possível identificar as frequências que existem e o nível de pressão sonora que cada frequência produz. Figura 2.6 Espectrograma realizado com programa DSSF3 [10]. O ouvido humano não é sensível de igual forma às várias frequências. Sons com o mesmo nível de intensidade e de frequências diferentes não são percebidos de igual forma, mas sim como se atuassem em níveis diferentes. Desta forma surgem as curvas de igual sensibilidade auditiva (Figura 2.7). Analisando estas curvas compreende-se que por exemplo para um nível de pressão sonora de 50 db a uma frequência de Hz tem-se uma perceção de 50 fones. Para ter a mesma perceção mas aos 125 Hz é necessário ter um nível de pressão sonora de 68 db. Os sonómetros medem o nível de pressão sonora por frequência sem qualquer erro de sensibilidade. Por forma a tornar os sonómetros mais humanos foi necessário inserir filtros de ponderação que tornam os níveis medidos pelo sonómetro equiparáveis à audição humana. Os filtros tendem a atenuar o nível sonoro de acordo com as curvas de ponderação (Figura 2.8). Sempre que os filtros são utilizados o resultado dos níveis sonoros deve expressar-se em db(a), db(b), db(c) ou db(d) conforme o filtro utilizado. 10

35 Figura 2.7 Curvas de igual sensibilidade auditiva segundo ISO 226 [11]. Figura 2.8 Curvas de ponderação (filtros) [12]. 11

36 2.2. ABSORÇÃO SONORA CONCEITO A absorção sonora (A) é uma propriedade acústica dos materiais, sendo possível de calcular segundo a seguinte expressão: Sendo: A Absorção sonora do material (m 2 ); S Área da superfície do material exposto (m 2 ); α Coeficiente de absorção sonora. B=C (2.7) O coeficiente de absorção sonora (α) relaciona a quantidade de energia sonora que incide sobre o material e a energia que é absorvida por este (equação 2.8). A energia incidente pode ser refletida, absorvida ou transmitida (Figura 2.9). A energia absorvida normalmente transforma-se em energia calorífica devido a fricção nas partículas do ar com o material. = D EFGHIJ,KL D,MN,KOMPO (2.8) O valor do coeficiente de absorção sonora está compreendido entre 0 e 1. Se o coeficiente de absorção sonora for por exemplo igual a 0,2 significa que o material em questão absorve 20% da energia que sobre ele incide. Por vezes é possível encontrar-se catálogos com coeficientes superiores à unidade, que nunca deverão ser utilizados em cálculos, pois trata-se de uma irregularidade técnica inerente à medição devido à difração nos bordos do provete. Um material poroso, tem associado a ele um coeficiente de absorção sonora elevado quando comparado com um material pouco poroso, como por exemplo uma pedra mármore polida. Em geral, um material só se considera acusticamente absorvente quando o seu coeficiente de absorção sonora é superior a 0,5. Figura 2.9 Formas de energia sonora [12]. Na Europa existe a norma EN ISO [13] que deve ser utilizada para calcular o coeficiente de absorção médio (α w ) após medição por banda de frequência pela norma NP EN ISO 354 [14]. Esta norma passa por determinar o coeficiente (α) por cada frequência e ajustar a uma curva de referência. 12

37 MATERIAIS ABSORVENTES Tipos de materiais absorventes Os materiais absorventes podem ser agrupados em três categorias distintas em função das suas características, sendo eles: Porosos e fibrosos; Ressoadores; Membranas. Cada um destes tipos de materiais atua numa gama diferente de frequências (Figura 2.10), sendo as membranas mais eficazes nas baixas frequências, os ressoadores nas médias frequências e os porosos e fibrosos nas altas frequências. O ar também se comporta como um material absorvente. Figura 2.10 Comportamento em frequência dos três tipos de materiais absorventes [adaptada de [1]] Materiais porosos e fibrosos Os materiais porosos e fibrosos (Figura 2.11) são mais eficazes nas altas frequências, que devido aos seus pequenos poros transformam a energia sonora incidente em pequenos movimentos das suas fibras originando calor. A sua qualidade como material absorvente pode ser drasticamente prejudicada quando pintados, pois a tinta tende a tapar os poros existentes prejudicando o seu funcionamento. Existem vários tipos de materiais porosos e fibrosos que podem ser qualificados consoante as suas características físicas [1]: Tecidos e Alcatifas A eficácia das alcatifas depende da espessura utilizada e os tecidos dependem do seu peso específico e do grau de franzido, ou seja, quanto mais pesada e franzida for a cortina melhor será o seu comportamento acústico. Massas porosas Trata-se de minerais projetados com um peso específico de 150 (±15) kg/m 3, apresentando um excelente comportamento acústico. 13

38 Aglomerados de fibras de madeira Trata-se de materiais que apresentam razoáveis comportamentos acústicos nas altas frequências. Fibras minerais Como exemplo de materiais deste tipo existe a lã de rocha e a lã de vidro. São excelentes materiais absorventes de altas frequências, mas com o aumento da sua espessura existe um ganho nas baixas frequências, podendo tornar este material um ótimo absorvente em todas as frequências. Materiais plásticos O poliuretano expandido e o poliestireno expandido são dois exemplos de materiais deste tipo e apresentam razoável comportamento absorvente nas altas frequências. Aglomerados de cortiça Existe o aglomerado negro de cortiça e o aglomerado composto de cortiça. O primeiro pode ser considerado um eficaz absorvente, mas o segundo embora por vezes utilizado não atinge os valores de α de 0,5. Figura 2.11 Materiais porosos e fibrosos Ressoadores Os ressoadores ou ressoadores de Helmholtz são sistemas para atuar na absorção preferencialmente de médias frequências. Um ressoador é um sistema composto por uma cavidade de paredes rígidas e com um pequeno orifício, apresentando uma forma idêntica a uma garrafa. A sua frequência de eficácia máxima pode ser calculada da seguinte forma: = = 5 Q R S9TU1,V; (2.9) Sendo: c Celeridade do ar (m/s); S Área do orifício de entrada (gargalo) (m 2 ); V Volume da cavidade interior (m 3 ); l Comprimento do gargalo (m); r Raio do orifício de entrada (gargalo) (m). 14

39 A forma mais usual de utilizar este sistema são os ressoadores agrupados (Figura 2.12). Podem ser criados com um simples painel perfurado próximos de uma superfície rígida criando uma caixa-de-ar. A sua frequência eficaz máxima pode ser determinada da seguinte forma: = = 1> 5 Q W X93U1,V; (2.10) Sendo: c Celeridade do ar (m/s); P Percentagem de área perfurada (%); d Largura da caixa-de-ar (cm); e Espessura da placa perfurada (cm); r Raio de cada furação (cm). Na caixa-de-ar deve ser colocado material absorvente para melhorar a sua eficácia. Quanto maior a percentagem de furação melhor eficácia terá o painel, no entanto para percentagens superior a 25% o painel fica controlado pelo efeito do material absorvente. Figura 2.12 Ressoador Agrupado. Placa perfurada em teto suspenso [15] Membranas As membranas ressonantes (Figura 2.13) são sistemas para atuar nas baixas frequências. Trata-se de uma estrutura bastante fina que quando atingida por uma frente de onda sonora entra em vibração, atenuando desta forma as possíveis reflexões. Funciona de forma idêntica a um baloiço. Quando se pretende parar um baloiço não vamos contra ele, mas sim segue-se a sua direção de movimento acrescido de alguma resistência na direção inversa à do movimento. 15

40 Figura 2.13 Membrana ressonante [16] Absorção do ar A absorção sonora devida ao ar é baixa quando comparada com os materiais anteriores, no entanto existe e deve ser considerada. Quanto maior for a sala maior será o efeito do ar, ou seja, em salas de reduzido volume o efeito do ar é quase desprezável, mas este intensifica-se em salas de maior volume. O ar quase não absorve nas baixas frequências, sendo apenas de interesse prático a absorção acima dos 1000 Hz. O coeficiente de absorção sonora do ar (m) (Quadro 2.3) varia com a humidade relativa, sendo menor o seu valor em humidade relativas elevadas, razão pela qual é possível ouvir-se ruídos mais distantes em dias de chuva. Quadro 2.3 Absorção sonora do ar (m -1 ) [1]. HR (%) <1 khz 1 khz 2 khz 4 khz 8 khz 16 khz ,008 0,016 0,056 0,188 0, ,004 0,008 0,044 0,096 0, ,003 0,004 0,028 0,064 0, ,002 0,004 0,008 0,052 0, TEMPO DE REVERBERAÇÃO CONCEITO As ondas sonoras propagam-se em todas as direções a partir da fonte, logo no interior de um espaço fechado existirá ondas sonoras diretas e refletidas em direção ao recetor. A onda direta é a que chega sempre em primeiro lugar e com maior nível de pressão sonora, pois a sua distância percorrida é menor, originando o mínimo de atenuação. Posteriormente serão recebidas as várias ondas sonoras que provem de reflexões nos vários planos do espaço (Figura 2.14). 16

41 Figura 2.14 Ondas e reflexões numa sala [adaptado de [17]]. O tempo de reverberação (TR) de um compartimento é em termos genéricos o tempo que demora desde a chegada da onda direta até a chegada da última onda sonora refletida. Como todos os ambientes estão sujeitos a um ruído de fundo, ou seja, a um nível de pressão sonora muito superior a 0 db, definiu-se o tempo de reverberação como sendo o tempo que demora um ruído a decair em 60 db, após ser interrompida a sua emissão (Figura 2.15 A). Imagine-se que se pretendia medir o tempo de reverberação de uma biblioteca com um ruído de fundo de aproximadamente 40 db (ver Quadro 2.2). Logo, para medir um decaimento de 60 db seria necessário produzir um ruído superior a 100 db, o que não seria prático. Desta forma é usual medir-se o TR 30 ou TR 20, ou seja, o tempo que demora a decair um som em 30 db ou 20 db respetivamente, sendo posteriormente realizado uma extrapolação dos valores para obter-se o TR 60 (Figura 2.15 B). Como se pode rapidamente perceber, tempos de reverberação elevados trazem a permanência de ruídos durante bastante tempo e é sobre este fenómeno que este trabalho se insere. Várias fórmulas matemáticas foram criadas para prever o tempo de reverberação de um espaço. Vejam-se de seguida as mais conhecidas. Figura 2.15 Decaimento do tempo de reverberação [18]. 17

42 FÓRMULA DE SABINE Em 1898, o físico americano Wallace Clement Sabine foi o primeiro a formular uma relação matemática para determinar o tempo de reverberação de um espaço, após várias experiências na sua Universidade. Para o efeito relacionou o volume, a absorção sonora e o tempo de reverberação, criando a atualmente conhecida Fórmula de Sabine (equação 2.11). Sendo: TR Tempo de reverberação (s); V Volume do espaço em análise (m 3 ); A Absorção sonora (m 2 ). YZ = >,1VS [ (2.11) O coeficiente de 0,16 pode ser matematicamente calculado com maior rigor (equação 2.12). Este coeficiente está relacionado com a temperatura do ar, como já foi anteriormente visto que influencia na velocidade de propagação das ondas sonoras. Sendo: \ = 5]^ 91>; (2.12) K Coeficiente da fórmula de Sabine (normalmente 0,16); c Celeridade do ar (m/s). A fórmula de Sabine pode ser escrita de forma mais generalizada (equação 2.13), entrando com absorções localizadas (por exemplo o mobiliário) e a absorção do ar. Sendo: YZ = >,1VS [ G_`OIa,N,OG U[ bhnlb,clkl U[ LI = TR Tempo de reverberação (s); V Volume do espaço em análise (m 3 ); >,1VS e h,f-d, R, U gf-[ g U$S Os coeficientes m já foram apresentados no Capítulo (2.13) FÓRMULA DE EYRING Após a fórmula de Sabine, outras fórmulas foram desenvolvidas. Em 1930, Norris-Eyring desenvolveu uma outra expressão. Partindo do princípio que uma sala seria retangular, então o comprimento médio das reflexões seria: = S R (2.14) O número total de reflexões por segundo é a relação entre a velocidade de propagação da onda sonora com o comprimento médio das reflexões, obtendo-se assim: i = R S (2.15) 18

43 Como por cada reflexão é absorvida parte da energia, então por cada reflexão a energia restante seria de (1-). A mesma onda sonora se refletir duas vezes a sua energia será de (1-) 2, ou seja é exponencialmente reduzida. Desta forma conclui-se que a atenuação total ao longo de um determinado tempo T é de 91 ;.k. Como a definição do tempo de reverberação é a redução de 60 db, então: Dando origem à fórmula de Norris-Eyring [19]: 6010&'(m91 ;.k n (2.16) Y >,1VS 7RTo917dp; (2.17) É de notar que foi utilizado um valor de c para uma temperatura de 24 C. Como se pode verificar, devido ao uso de um coeficiente de absorção médio dos materiais faz com que esta fórmula seja a mais adequada quando existem apenas superfícies envolventes com coeficientes de absorção semelhantes FÓRMULA DE MILLINGTON-SETTE Pelo facto da fórmula de Norris-Eyring dever ser só utilizada quando os coeficientes de absorção são aproximadamente idênticos, devido a tratar-se de uma média dos coeficientes de absorção, surge em 1932 a fórmula de Millington-Sette (2.18). Esta fórmula baseada na ideia de Norris-Eyring prevê uma melhor solução para quando os coeficientes de absorção do espaço são bastante distintos. Y >,1VS e 7,f-R, ]^ 917d, ; (2.18) Como se pode verificar, esta fórmula é idêntica à de Norris-Eyring mas com a diferença de assumir todos os coeficientes de absorção dos diversos materiais, tornando-a mais adequada quando os coeficientes de absorção sonora são distintos OUTRAS FÓRMULAS É de notar que as duas anteriores fórmulas apresentadas baseiam-se em espaços paralelepipédicos. Em 1970 surge a fórmula de Kuttruff (2.19), esta fórmula relaciona o tempo de reverberação com a geometria da sala. Y >,1VS (2.19) 7RTo917dp;q1U r To917dp;s O coeficiente γ 2 é a variância relativa da distribuição do comprimento dos percursos percorridos das ondas sonoras que está em função da geometria do espaço (Quadro 2.4). 19

44 Quadro 2.4 Exemplos de valores de γ 2 [1]. Dimensões γ2 Dimensões γ2 Esfera 0,125 1:1:10 0,415 1:1:1 0,342 1:5:5 0,464 1:1:2 0,356 1:2:10 0,465 1:2:2 0,363 1:5:10 0,510 1:2:5 0,403 1:10:10 0,613 1:1:5 0,412 Ao longo dos anos várias outras fórmulas foram idealizadas em função de situações específicas, mas tendo como base as fórmulas já apresentadas INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA CONCEITOS O ser humano vivendo em sociedade é constantemente forçado a relacionar-se com outros humanos para a realização de fins comuns. É a partir da comunicação que o ser humano estabelece relações que sustentam a vida em sociedade. Existem diversas formas de comunicação a utilizar, tal como a escrita, a arte, a imagem, entre outros. Mas é a linguagem verbal a mais utilizada por todos no dia-a-dia. Sempre que existe comunicação verbal de uma mensagem entre um emissor e um recetor, é possível que a mensagem chegue ao recetor não completamente clara, ou seja, pouco inteligível. Isto deve-se ao meio de transmissão utilizado. Se numa determinada sala existir demasiado ruído de fundo torna-se necessário que o emissor eleve o seu tom de voz para que a sua mensagem possa ser ouvida pelo recetor. Mas, infelizmente torna-se impossível o ser humano atingir níveis de pressão sonora demasiado elevados, podendo tornar a inteligibilidade da palavra bastante reduzida. A voz humana é diferente entre diversos oradores, podendo ser analisada a sua emissão sob quatro aspetos [1]: Frequência; Intensidade; Duração; Direccionalidade. Em termos de frequência as palavras apresentam uma vasta gama de frequências, podendo desde já ser comparado o sexo masculino do sexo feminino. O sexo masculino emite preferivelmente frequências um pouco mais baixas (voz mais grave) do que o sexo feminino (voz mais aguda), pertencendo desta forma as mais altas frequências ao sexo feminino. 20

45 Existem inúmeras palavras na língua portuguesa e diversas formas de prenunciar. Os fonemas são os sons mais elementares da fala. Conjugando vários fonemas obtém-se as sílabas que por sua vez formam as palavras. Desta forma compreende-se que os fonemas são a forma mais elementar da comunicação verbal. A língua portuguesa é composta por aproximadamente 33 fonemas diferentes [20]. O fonema que apresenta maior frequência é o /s/ (por exemplo da palavra sábado), com valores compreendidos entre os 3500 e os 7000 Hz (Figura 2.16). O fonema de frequência menor é o /u/ (por exemplo da palavra Sul), apresentando valores compreendidos entre os 150 e os 300 Hz. Figura 2.16 Espectrograma da palavra sábado realizado com programa DSSF3 [10]. Pela Figura 2.16 é possível perceber que a voz humana pode variar bastante, podendo atingir o mínimo de 60 Hz e um máximo de 7000 Hz, dependendo do orador. Em termos de intensidade as vogais são emitidas com maior nível de pressão sonora. De forma geral as vogais podem ser de 21 a 28 db mais intensas que as consoantes [1]. Em relação à duração, as vogais são emitidas durante períodos mais extensos que as consoantes. Em média as vogais são emitidas durante 90 ms e as consoantes em cerca de 20 ms [1]. Relativamente à direccionalidade, a voz humana não é emitida de igual forma em todas as direções. A cabeça funciona como uma barreira acústica, impedindo que a intensidade dos sons emitidos não se propaguem de igual forma em todas as direções. Na Figura 2.17 é possível ver-se a distribuição da palavra em duas bandas de frequência diferentes, sendo a figura A correspondente ao plano horizontal e a figura B ao plano vertical, a seta representa a direção da visão do orador. 21